滨海新区软土地基处理技术工程示范研究

王新岐

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 前言

天津滨海新区濒临渤海，软土分布广泛，道路修建面临沉降过大、承载力不足等问题。多年来，滨海新区在道路修建中先后采用了袋装砂井、塑料排水板、水泥搅拌桩、高压旋喷桩、夯扩桩、CFG桩、碎石桩等软基处理方法。通过对滨海新区几条建成通车后2～8 a内高速公路软基处理效果检测表明，目前采用传统深层地基处理方法的道路工后沉降较大，处理效果不明显[1]。

近年来，针对各种深层处理技术出现的种种问题，全国各地对各种新型桩处理进行深入研究，出现了例如大直径振动沉模现浇混凝土薄壁管桩，以及同心双向水泥搅拌桩处理技术，这些桩无论从成桩质量及施工工艺等方面都有很大的改进，也取得了很好的效果。这些深层桩处理技术在滨海新区软基处理中效果如何，是否适合滨海新区软土地质情况需进一步研究。为此，本文对几种深层处理技术——水泥搅拌桩处理技术、双向水泥搅拌桩处理技术、薄壁管桩处理技术进行工程示范研究，以便归纳其适用效果。

1 示范工程概括

海滨大道工程示范段位于天津集疏港公路二期南段工程K6+600～K6+900段，总长300 m，该段包括一处桥梁，属于海滨大道K6+729.553管沟桥头路基加宽段，地面标高一般在3.82～5.36 m之间，地下水位标高在1.19～3.07 m之间。该跨线桥处地层在勘察深度范围内主要为全新统及上更新统部分地层，表层为0.5～1.0 m厚人工填土，其下为10～15 m厚淤泥质粘土或淤泥，软塑～流塑状态，高压缩性，含水量在40%～55%之间，孔隙比1.2～1.5，为典型的软土层。

为了对比双向水泥搅拌桩与薄壁管桩处理软基的效果，对示范段采用三种处理方式，北侧桥头采用薄壁管桩进行处理、南侧桥头采用双向水泥搅拌桩进行处理，桥头处理范围两侧各50 m。50 m范围内靠近桥头25 m为处理段、远离桥头25 m为过渡段，除桥头处理段外其他段落均采用浅层处理方式为50 cm山皮土+土工格栅+30 cm（混渣+8%戗灰）+40 cm水泥石灰土（3%水泥，6%石灰），具体处理范围及处理形式见表1所列。

2 示范工程沉降特性分析

2.1 示范工程沉降计算

桥头填土高度3.38 m，浅层处理段填土高度按照平均填土高度3.52 m，填土时间共分为二级，0～4个月填土至高度2.54 m，然后预压6个月，10～12个月填土至高度3.38 m、3.52 m（路面结构厚度0.84 m），按照该填筑流程计算不处理、双向水泥搅拌桩处理、管桩处理后桥头路基沉降-时间变化曲线，见图1所示。

从沉降计算结果可看出，沉降曲线较圆滑，填土时沉降较大，而在两次填土间隔时沉降趋于稳定，不处理桥头路基沉降最大，基准期内（施工期后15 a）沉降为0.482 m，工后沉降为0.175 m；采用各种桩处理后基准期总沉降大大减小，管桩处理后沉降最小，仅为0.336 m，工后沉降为0.088 m；水泥搅拌桩处理后路基基准期内沉降为0.207 m，工后沉降为0.093 m；各种桩处理均可满足工后沉降小于10 cm的要求。

表1 海滨大道示范段路基处理形式一览表

图1 海滨大道示范工程处理段沉降计算曲线图

2.2 示范工程沉降实测分析

实际填筑时基本按照所设计的填筑时间进行填筑。为分析采用不同处理形式下的沉降特性，分别在三种处理段中布置沉降板，共设置5个断面，水泥搅拌桩处理段共布置2处沉降测试断面、管桩处理段共设置2处沉降测试断面、浅层处理段共设置1处沉降测试段。每断面设置2个测点，分别为加宽部分靠近中央分隔带处、加宽部分西半幅最外侧车道边缘。

为了对比各种处理方式的效果，统一将路基填土高度归一为3.52 m，汇总实测累计沉降见图2所示。

图2 海滨大道示范工程各种处理方式路基实测沉降-时间曲线图

从图2可看出，在观测时间段，各种处理方式沉降相差较大，浅层处理路基沉降最大，19.4个月沉降为0.375 6m，路面完工后沉降为0.337m，完工后沉降速率为0.007 28 m/月；采用各种桩处理后总沉降大大减小，沉降速率也大大减小，管桩处理段路基19.4个月后沉降最小，仅为0.176 5 m，路面完工后沉降为0.175m，完工后沉降速率为0.000 39 m/月；水泥搅拌桩处理路基19.4个月后沉降为0.248 4 m，路面完工后沉降为0.247 7 m，完工后沉降速率为0.000 13 m/月；各种桩处理后总沉降及完工后沉降速率均很小，说明管桩和双向水泥搅拌桩处理软基效果较好，可以满足工程需要。

从图2还可看出在铺筑路面结构之前，各种处理路基沉降-时间曲线平缓，斜率较小，管桩斜率最小，在路基填土填至2.5～3.0 m时，沉降斜率急剧增加，说明该填土高度对沉降影响较明显，从图2还可看出浅层处理段沉降斜率增加更加明显，管桩处理段沉降斜率过渡平缓，说明管桩处理效果比其它处理方式较好。

3 荷载-沉降特性分析

示范段单桩载荷试验共4根（管桩2根、双向水泥搅拌桩2根、复合地基载荷试验4个测点（东西侧桥头各两个测点），采用测试仪为MS-50位移传感器（三零三所）、全液压X-100型钻机。图3给出两管桩实测单桩承载力测试结果。

从图3可看出，在0～116 kN荷载范围内，管桩沉降无明显变化，而在荷载大于116 kN以后，沉降明显增大，说明桩与土发生作用，但在测试范围内（荷载增加至580 kN），沉降变化较均匀，沉降速率也较小，说明桩处于弹性工作范围，最终桩累计沉降在16.43～17.69 mm之间。

图4给出两根水泥搅拌桩单桩承载力测试荷载-沉降曲线关系。

图3 管桩1、管桩2单桩lgQ-S曲线图

图4 双向水泥搅拌桩1、水泥搅拌桩2单桩lgQ-S曲线图

从图4可看出，在0～40 kN荷载范围内，双向水泥搅拌桩沉降无明显变化，而在荷载大于40 kN以后，沉降明显增大，说明桩与土发生作用，但在测试范围内（荷载增加至200 kN），沉降变化较均匀，沉降速率也较小，说明桩处于弹性工作范围，最终桩累计沉降在15.82～17.84 mm之间。

图5给出水泥搅拌桩复合地基承载力测试荷载-沉降曲线关系。

图5 双向水泥搅拌桩复合地基lgQ-S曲线图

从图5可看出，在0～24 kN荷载范围内，双向水泥搅拌桩复合地基沉降无明显变化，而在荷载大于24 kN以后，沉降明显增大，但在测试范围内（荷载增加至240 kN），沉降变化较均匀，沉降速率也较小，说明复合地基承载力大于120 kN，满足设计要求。

图6给出管桩复合地基承载力测试荷载-沉降曲线关系。

从图6可看出，在0～52 kN荷载范围内，管桩复合地基沉降无明显变化，而在荷载大于52 kN以后，沉降明显增大，但在测试范围内（荷载增加至260 kN），沉降变化较均匀，沉降速率也较小，说明复合地基承载力大于130 kN，满足设计要求。

4 双向水泥搅拌桩抽芯试验分析

对海滨大道示范段南侧桥头双向水泥搅拌桩进行抽芯检测，共抽芯检验12根桩，抽芯检测采用全液压X-100型钻机，钻芯深度段自孔口下有效桩头，然后全程钻进取芯样，观察水泥土的深搅均匀程度，观察水泥含量及赋存状态。对所抽芯桩沿桩身选取代表性芯样进行无侧限抗压强度试验，得出水泥土芯样的无侧限抗压强度值。表2分别给出水泥搅拌桩钻芯取样结果。

从表2可看出：双向水泥搅拌桩在桩体深度0～12 m范围内，含灰量正常，成桩质量好，搅拌均匀，钻芯取样后的无侧限抗压强度较大，一般在0.975 MPa～2.085 MPa，且随深度增加，各钻芯取样强度变化不大，说明双向水泥搅拌桩较常规水泥搅拌桩成桩质量好，均匀性好，强度高。

图6 管桩复合地基Q-S曲线图

5 结论及建议

海滨大道工程示范段管沟桥头路基双向水泥搅拌桩、薄壁管桩处理、浅层处理对比结果表明：在观测时间段，各种处理方式沉降相差较大，浅层处理路基沉降最大，双向水泥搅拌桩及薄壁管桩处理后总沉降及完工后沉降速率均很小，说明管桩和双向水泥搅拌桩处理软基效果较好，与传统水泥搅拌桩相比，双向水泥搅拌及薄壁管桩具有质量容易控制，桩身强度均匀，承载力较大，沉降较小的特点，适合滨海新区类似软土地区道路路基处理，具有显著的优势，具有推广应用前景。

表2 海滨大道示范工程双向水泥搅拌桩桩体抽芯检测结果一览表

[1]天津市市政工程设计研究院.滨海新区软土地基处理效果调查报告[R].2011.

[2]Tr Vses Dorozhn Nauch-issled Inst,Design and construction of roadbeds on weak ground(In Russian),International Journal of Rock Mechanics and Mining Science&Geomechanics Abstracts,Volume 15,Issue 5,October 1978,Page A115.

[3]段晔新，乔影.高等级公路中的软土地基处理方法[J].黑龙江水利科技，2005，（6）.

[4]宋修广.水泥粉喷桩的理论研究与分析[D].南京：河海大学，2000.

[5]李振东.高等级道路路基浅层处治方法[J].中国市政工程，2011，（1）.

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